KR900000409B1 - Constant-frequency generator - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 의한 정주파 발전기의 1실시예를 나타내는 결선도.1 is a connection diagram showing an embodiment of a constant frequency generator according to the present invention.
제2도는 종래의 권선형 유도 발전기의 결선도이다.2 is a connection diagram of a conventional winding type induction generator.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
IG : 권선형 유도 발전기 ACE : 교류 여자기IG: Winding Induction Generator ACE: AC Exciter
TG : 신호용 발전기 1 : 원동기TG: Signal generator 1: prime mover
2 : 회전자 3 : 1차 권선2: rotor 3: primary winding
4 : 2차 권선 5 : 인 버어터4: secondary winding 5: inverter
6 : 직류계차 권선 7 : 교류출력 권선6: DC winding winding 7: AC output winding
8 : 콘 버어터 9 : 3상 발진기8: cone converter 9: three-phase oscillator
10 : 신호용 1차 권선 11 : 신호용 2차 권선10: primary winding for signal 11: secondary winding for signal
12 : 제어장치12: controller
본 발명은 회전속도가 변동하는 원동기에 의하여 구동됨에도 불구하고, 일정한 주파수의 전력을 발전할 수 있도록 한 정주파 발전기에 관한 것이다.The present invention relates to a constant frequency generator capable of generating electric power of a constant frequency despite being driven by a prime mover whose rotational speed varies.
예를들면, 선박용 발전장치에서, 발전 전용의 디이젤 기관을 설치하지 않고, 선박의 구동용 주기관에서 동력을 받아 발전기를 구동함으로써, 연료를 절감하여 효율이 좋은 저가격의 전력을 발전할 수 있는 것이다.For example, in a marine power generation apparatus, a generator can be driven by receiving power from a driving engine of a ship without installing diesel engines for power generation, thereby generating low-efficiency, low-efficiency electric power with high efficiency. .
그러나, 이와같은 발전 장치는 주기관의 회전 속도가 항상 변동하므로, 이로인한 발전기의 출력전력 주파수도 변동하는 문제가 있다.However, such a power generator has a problem that the rotational speed of the main engine always fluctuates, and thus the output power frequency of the generator also fluctuates.
따라서, 발전기의 출력 전류가 변동하는 것을 피하기 위하여 제2도에서 도시한 바와같이 발전기를 동기 발전기가 아닌 권선형 유도 발전기(IG)하고, 권선형 유도 발전기(IG)의 2차권선(20)에 슬립 링(21)을 통하여 저주파 3상 교류를 흘려서 교류 여자하며, 권선형 유도 발전기(IG)의 1차권선(22)에서 2차권선(20)을 유기하여 원하는 주파수의 교류 전력을 얻는 것이 제안되었다.Therefore, in order to avoid fluctuations in the output current of the generator, as shown in FIG. 2, the generator is a winding type induction generator IG instead of a synchronous generator, and is connected to the secondary winding 20 of the winding induction generator IG. It is proposed to obtain low-frequency three-phase alternating current through the slip ring (21) and to excite the secondary winding (20) from the primary winding (22) of the wound induction generator (IG) to obtain an AC power of a desired frequency. It became.
이때, 제2도의 발전장치에서 회전기의 주파수는 f[Hz]로 하고, 회전속도를 N[rPM]으로 하며, 전극수를 P로 하면At this time, in the power generator of FIG. 2, the frequency of the rotor is f [Hz], the rotation speed is N [rPM], and the number of electrodes is P.
이된다.Become.
따라서, 이후의 설명을 간단하게 하기 위하여 회전속도는 N을 상기(1)식에 의해 환산한 주파수가 fr로 표현되는 것으로 한다.Therefore, for the sake of simplicity of the following description, the rotational speed is assumed to be expressed by fr, the frequency converted from N by the above formula (1).
제2도에서, 권선형 유도 발전기(IG)의 1차 주파수(f1)와 2차 주파수(f2)의 사이에는,In FIG. 2, between the primary frequency f1 and the secondary frequency f2 of the wound induction generator IG,
의 관계가 있다.There is a relationship.
만약에, 제2도의 권선형 유도 발전기(IG)에서 회전자의 주파수(fr)가 50[Hz] 상당의 속도로 회전하여 fr=50[Hz]이고, 2차 주파수(f2)가 10[Hz]로 하여 f2=10[Hz]로 2차권선(20)을 여자하여 주면, 1차 권선(22)의 1차 주파수(f1)는 상기 회전자의 주파수(fr)가 2차 주파수 (f2)의 합계인 f1=fr+f2=50Hz=60z가 유기되는 것이다.If, in the winding type induction generator IG of FIG. 2, the frequency fr of the rotor rotates at a speed equivalent to 50 [Hz], fr = 50 [Hz], and the secondary frequency f2 is 10 [Hz]. ] To excite the secondary winding 20 at f2 = 10 [Hz], the primary frequency f1 of the
상기의 원리를 이용하면, 회전자의 주파수(fr)가 변동하여도 2차 주파수(f2)를 제어하여 1차 주파수(f1)를 발생할 수 있어, 회전자의 회전속도의 변동에도 불구하고 항상 일정한 주파수의 전압을 발생하는 발전기를 구성할 수가 있다.Using the above principle, even if the frequency fr of the rotor changes, the secondary frequency f2 can be controlled to generate the primary frequency f1, so that the constant frequency is always constant despite the variation of the rotational speed of the rotor. It is possible to configure a generator that generates a voltage of frequency.
이때의 2차권선(20)에서 공급하는 전력(P2)은 1차권선 (22)의 전력(P1)에 의하여At this time, the power P2 supplied from the secondary winding 20 is driven by the power P1 of the
이다.to be.
따라서, 예를 들어 회전자의 주파수(fr)가 주파수(f1) 보다 20% 낮아지면 2차 주파수는 20%의 전력을 보충하지 않으면 안된다.Thus, for example, if the frequency fr of the rotor is 20% lower than the frequency f1, the secondary frequency must replenish 20% of the power.
그러나, 이와같은 방식에는 다음과 같은 중대한 결점이 있다.However, this approach has the following significant drawbacks.
(1) 20%의 전력 보충으로 2차 권선을 여자하기 위해서는 2차 권선을 여자하기 위한 슬립 링을 설치할 필요가 있고, 그리고 이를 연속 사용하기 위해서는 슬립 링의 정비가 문제된다.(1) It is necessary to install a slip ring for exciting the secondary winding in order to excite the secondary winding with 20% power supplement, and maintenance of the slip ring is necessary for continuous use.
(2) 2차 여자용 전원으로서, 가변 주파의 자려 인버어터, 또는 사이크로 콘버어터등을 사용할 필요가 있고, 그의 제어는 복잡하며 제어 장치가 비싸다.(2) As a secondary excitation power supply, it is necessary to use a self-inverting inverter of a variable frequency, a cyclo converter, or the like, whose control is complicated and the control apparatus is expensive.
(3) 최초의 전원이 없는 장소에서 전압을 발생시키기 위하여는, 대용량의 직류 초기의 여자용 전원을 필요로 한다.(3) In order to generate voltage in a place where there is no initial power supply, a large DC initial excitation power supply is required.
(4) 20%의 2차 여자를 행하기 위하여, 1차 권선은 그의 분량을 예상하여 고려한 120%의 용량의 발전을 하지 않으면 안되는 것이여서, 발전기의 체격이 큰 것을 사용하지 아니할 수 없다.(4) In order to perform 20% secondary excitation, the primary winding must generate 120% of capacity considering its quantity, so that the generator of large size must be used.
따라서, 본 발명의 목적은, 브러시 레스화로 하여 제어계의 간단화를 도모하고, 또한 초기의 전압 확립을 적은 전력으로서 행할 수 있는 정주파 발전기를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a constant frequency generator capable of simplifying the control system by brushlessing and performing initial voltage establishment with less power.
본 발명의 정주파 발전기는, 원동기와, 이 원동기로서 구동되는 권선형 유도 발전기와, 이 권선형 유도 발전기에 여자 전력을 공급하는 교류 여자기와, 이 교류 여자기의 출력 전력을 정류하고 교류로 변환하여 권선형 유도 발전기에 공급하는 콘 버어터 및 인 버어터와 3상 발진기에서 신호를 받아서 상기 인 버어터의 제어장치에 신호를 전달하는 신호용 발전기로 구성되며, 상기 권선형 유도 발전기의 1차권선 및 교류 여자기의 직류 계자권선과 신호 발전기의 3상 발진기 및 신호용 1차권선은 발전기의 고정자측에 설치하고, 상기 권선형 유도 발전기의 2차권선 및 교류 여자기의 교류 출력권선과 접속된 콘 베어터 및 인 버어터와 신호용 발전기의 신호용 2차권선 및 제어장치는 회전자측에 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.The constant frequency generator of the present invention includes a prime mover, a winding induction generator driven as the prime mover, an alternating current excitation unit for supplying excitation power to the winding induction generator, and rectifying the output power of the alternating current excitation unit into an alternating current. Conveyor and inverter for supplying the winding type induction generator and the signal generator for receiving a signal from the three-phase oscillator and transmitting the signal to the control device of the inverter, the primary winding of the winding induction generator And the DC field winding of the AC exciter, the three-phase oscillator of the signal generator, and the primary winding for the signal are installed on the stator side of the generator, and connected to the secondary winding of the wound induction generator and the AC output winding of the AC exciter. The signal secondary winding and the control device of the bearer and the inverter and the signal generator are characterized in that they are installed on the rotor side.
본 발명을 제1도에 도시한 실시예에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in detail by the embodiment shown in Figure 1 as follows.
본 발명에 의한 정주파 발전기는 크게 나누어서, 원동기(1)와 이 원동기(1)로서 구동되는 권선형 유도 발전기(IG)와, 이 권선형 유도 발전기(IG)에 여자 전류를 공급하는 교류 여자기(ACE)와, 이 교류 여자기(ACE)의 교류출력 권선(7)의 교류출력을 정류하는 콘버어터(8)와, 이것을 교류로 변환하여 권선형 유도 발전기(IG)에 여자 전력으로서 공급하는 인 버어터(5)와, 3상 발진기(9)에서 신호를 받아서 상기 인 버어터(5)의 제어장치(12)에 신호를 전달하는 신호용 발전기(TG)로서 구성되어 있다.The constant frequency generator according to the present invention is roughly divided into a prime mover (1), a wound induction generator (IG) driven as the prime mover (1), and an AC exciter for supplying an excitation current to the wound induction generator (IG). (ACE), the converter (8) which rectifies the AC output of the AC output winding (7) of the AC excitation device (ACE), and converts this into AC to supply the excitation power to the winding induction generator (IG) as excitation power. It is comprised as the signal generator TG which receives the signal from the inverter 5 and the three-
그리고, 본 발명에 있어서는, 권선형 유도 발전기(IG)의 1차권선(3)과 교류 여자기(ACE)의 직류 계자 권선(6) 및 신호용 발전기(TG)의 3상 반진기(9)와 신호용 1차권선(10)은 고정자측에 설치하고, 권선형 유도 발전기(IG)의 2차권선(4) 및 교류 여자기(ACE)의 교류출력 권선(7)과 콘 버어터(8) 및 인 버어터(5)와 신호용 발전기(TG)의 신호용 2차권선(11)을 회전자(2)측에 설치하여 구성된 것을 특징으로 하고, 이 회전자(2)는 상기 원동기(1)에 직접 결합되어서 구동된다.In the present invention, the primary winding 3 of the winding type induction generator IG, the DC field winding 6 of the AC exciter ACE, and the three-
다음에, 이와같이 구성되어진 본 발명의 정주파 발전기의 작동을 설명한다.Next, the operation of the constant frequency generator of the present invention configured as described above will be described.
원동기(1)의 구동에 의하여 회전자(2)는 회전속도(N)에 의한 회전 주파수(fr)로 회전하고, 회전자(2)의 회전에 의해 교류 여자기(ACE)의 직류 계자권선(6)이 여자하여 교류 여자기(ACE)의 교류출력 권선(7)에 원동기(1)의 회전수에 따른 교류전력이 유기된다.The
또한, 신호용 발전기(TG)의 3상 발진기(9)에서 주파수(f)의 신호가 발생되어 신호용 1차권선(10)에 가해주고, 신호용 1차 권선(10)에 의해 발생 회전자계는 신호용 2차권선(11)에 유지됨으로, 원동기(1)의 구동에 의해 회전 주파수(fr)로 회전되는 신호용 2차권선(11)에는 주파수(f-fr)의 전압이 발생되어 제어장치(12)에 입력된다.In addition, a signal of frequency f is generated in the three-
이때, 신호용 1차권선(10)에서 발생된 회전자계는 신호용만으로 사용되는 것이어서 3상의 발진기(9) 및 신호용 1차권선(10)과 같이 극히 소용량으로해도 된다.At this time, the rotating magnetic field generated by the signal primary winding 10 is used only for the signal, and may be extremely small, such as the three-
이와같이 상태에서, 상기 교류 여자기(ACE)의 교류출력 권선(7)에 유기된 교류전력을 콘 버어터(8)에서 직류로 변환되어 인 버어터(5)에서 교류전력으로 재변환되고, 재변환된 교류전력은 권선형 유도 발전기(IG)의 2차권선 (4)을 여자하게 되는데, 이때의 인 버어터(5)에서 재변환되는 교류전력은 주파수(f-fr)의 전압이 입력된 제어장치(12)로부터 제어신호를 받아 이것에 동기하여 인 버어터(5)의 소자를 차례로 도통하면서 주파수(f-fr)의 3상 교류전력으로 변환된다.In this state, the AC power induced in the AC output winding 7 of the AC exciter ACE is converted into DC in the converter 8 and reconverted into AC power in the inverter 5, and then again. The converted AC power excites the secondary winding 4 of the wound induction generator IG. At this time, the AC power reconverted by the inverter 5 is inputted with a voltage of frequency f-fr. The control signal is received from the
이와같이 변환된 주파수(f-fr)의 교류전력으로 권선형 유도 발전기(IG)의 2차권선(4)은 여자 되므로, 권선형 유도 발전기(IG)의 1차권선 (3)으로부터는 주파수(f-fr+fr)의 전력이 출력된다.Since the secondary winding 4 of the wound induction generator IG is excited by the AC power of the frequency f-fr converted in this way, the frequency f from the primary winding 3 of the wound induction generator IG. -fr + fr) power is output.
따라서, 신호용 발진기(TG)의 3상 발진기(9)에서는 주파수(f)로 신호가 발진되므로, 결국 권선형 유도 발전기(IG)의 1차권선(3)에서 출력되는 전력 주파수(f1)는 회전자 (2)의 회전변화에 관계없이 3상 발진기(9)로부터 발진되는 주파수(f)와 완전하게 일치된다.Therefore, since the signal is oscillated at the frequency f in the three-
이때에, 1차권선(3)에 유기되는 전압은 식(1)에 의하여At this time, the voltage induced in the primary winding 3 is expressed by equation (1).
로 된다.It becomes
여기에서, 권성형 유도 발전기(IG)의 1차권선(3)에 유기되는 전압(V1)의 크기에 대하여 설명한다.Here, the magnitude | size of the voltage V1 induced in the primary winding 3 of the winding induction generator IG is demonstrated.
회전기(2)의 발생전압은 회전속도 X자속량이다.The generated voltage of the
그러므로, 자속량은 인 버어터(5)의 출력전압(V2)에 비례하게 되어Therefore, the magnetic flux amount is proportional to the output voltage V2 of the inverter 5
(K는 비례정수)로 된다.(K is proportional integer).
따라서, 전압(V1)을 일정하게 유지하기 위하여서는,Therefore, in order to keep the voltage V1 constant,
으로 되도록 인 버어터(5)의 출력전압(V2)을 제어하면 좋으므로 다음의 2가지 방법에 의해 제어한다.Since the output voltage V2 of the inverter 5 may be controlled so as to be, it is controlled by the following two methods.
(1) 교류 여자기(ACE)의 직류계자 권선(6)의 전류를 제어한다.(1) The current of the DC field winding 6 of the AC exciter ACE is controlled.
(2) 별도의 신호를 회전자 (2)측에 전달하고, 인 버어터(5)의 도통 각도를 제어한다.(2) A separate signal is transmitted to the
그러나, 상기의 권선형유도 발전기(IG)의 1차권선(3)에 유기되는 전압(V1)을 일정하게 유지하는 방법은, 종래에 극히 용이하게 실시되어 있는 것으로 이것이 본 발명의 요소는 아니다.However, the method of keeping the voltage V1 induced in the primary winding 3 of the winding-type induction generator IG constant is extremely easy in the past, and this is not an element of the present invention.
이상에서와 같이 본 발명에 정주파 발전기에 의하면, 원동기로서 구동되는 권선형 유도 발전기를 사용하고, 이 발전기와, 교류 여자기, 콘 버어터, 인 버어터, 신호 발전기를 조합 구성한 것에 의하여,As described above, according to the present invention, the constant frequency generator is formed by using a winding type induction generator driven as a prime mover, and combining the generator with an alternating current exciter, a cone inverter, an inverter, and a signal generator.
(1) 슬립링이 불필요하므로 완전한 브러쉬 레스가 된다.(1) Since the slip ring is unnecessary, it becomes a complete brushless.
(2) 회전자(2)위의 인 버어터(5)는 비교적 단순한 것으로 하여도 되며, 제어도 간단하다.(2) The inverter 5 on the
(3) 최초의 전압 확립은, 직류 계자 권선(6)에 가해지는 전류와, 3상의 발진기 (9)의 소요 전력을 공급하는 것만으로도 충분하며, 적은 전력으로도 된다.(3) Establishing the first voltage is sufficient only by supplying the current applied to the DC field winding 6 and the required electric power of the three-
(4) 2차전력은 측에서 교류 여자기(ACE)에 의하여 공급되어 지므로, 1차측의 용량에 그의 분량을 예상하여 고려해둘 필요가 없다.(4) Since secondary power is supplied by the ac exciter (ACE) from the side, it is not necessary to consider its quantity in the capacity of the primary side.
는 등의 이점을 가지는 것이다.Is to have such advantages.
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